JP2796158B2 - 補償電流演算回路 - Google Patents

補償電流演算回路

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    • Y02E40/40Arrangements for reducing harmonics

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力変換装置や電動機等が発生する高調
波電流やフリッカの除去対策として使用するアクティブ
フィルタ装置等において、その出力電流の制御指令値と
なる補償電流を演算する回路に関するものである。
〔従来の技術〕
高調波電流等を除去するためには除去したい高調波電
流の周波数に共振させたリアクトルとコンデンサとから
なる受動形のLCフィルタ装置が実用に供されている。ま
た、定常的な基本波無効電流の補償には古くから進相用
コンデンサが用いられ、無効電流の急激な増減に伴う電
圧変動の補償にはSVC(静止形無効電流補償装置)やTSC
(サイリスタ制御コンデンサ装置)が近年用いられてい
る。更に、最近では、高調波電流と基本波無効電流とを
同時に補償する能力を備えたアクティブフィルタ装置が
開発されている。本願で対象とする補償電流演算回路は
このアクティブフィルタ装置で必要となるものである。
以下、先ずこのアクティブフィルタ装置について説明
する。第2図はアクティブフィルタ装置の全体構成を示
す制御ブロック図である。図において、(1)は3相の
交流電源、(2)はこの交流電源(1)に接続された負
荷、(3)は負荷(2)の各相の電圧eの瞬時値を検出
する電圧検出器、(4)は各相の負荷電流iLの瞬時値を
検出する負荷電流検出器、(5)は電圧検出器(3)お
よび負荷電流検出器(4)からの出力を基に負荷電流iL
からその基本波有効成分のみを除去した補償電流指令値
ic*を演算して出力する補償電流演算回路、(6)は後
述する電圧形のインバータ(7)のスイッチング素子に
ゲート信号を送出するインバータ制御回路、(8)はイ
ンバータ(7)の電源電圧を供給するコンデンサで、そ
の電圧vcdはアクティブフィルタ装置内で発生する損失
分を補償するため補償電流演算回路(5)にフィードバ
ックされる。(9)はインバータ(7)の出力である補
償電流icを検出する補償電流検出器で、その出力は電
流制御系のフィードバック量としてインバータ制御回路
(6)に入力される。
そして、ic*を指令値としてインバータ(7)から得
られた補償電流icを逆位相して交流電源(1)へ送出
することにより、交流電源(1)の電流isは、負荷電
流iLからその高調波成分と基本波無効成分とが除去され
たものとなる。
従って、アクティブフィルタ装置では電圧検出器
(3)および負荷電流検出器(4)の出力eおよびiLか
ら補償電流指令値ic*を演算する補償電流演算回路
(5)が重要な構成要素となる。
次に、この補償電流演算回路(5)の詳細について説
明する。第3図は例えば、「システムと制御」Vol.30,N
o.8,1986,P467〜474に開示されたこの種従来の補償電流
演算回路(5)を示す制御ブロック図である。図におい
て、iLa,iLb,iLcは負荷電流検出器(4)により検出さ
れた入力電流としての3相a,b,c各相の負荷電流(瞬時
値)である。また、ea,eb,ecは電圧検出器(3)によ
り検出された入力電圧としての3相a,b,c各相の負荷電
圧(瞬時値)である。
(10)および(11)は、上記した3相各相のそれぞれ
負荷電流iLa,iLb,iLcおよび負荷電圧ea,eb,ecを、直交
座標系のα−β相に対応するそれぞれの負荷電流iLα,i
Lβおよび負荷電圧eα,eβに変換する3相−直交座標
変換回路である。
乗算回路(12)ないし(15)、加算回路(16)および
減算回路(17)は負荷電流iLα,iLβ、負荷電圧eα,e
βから電力を求める演算回路で、乗算回路(12)(13)
および加算回路(16)を経て有効分電力pLが得られ、乗
算回路(14)(15)および減算回路(17)を経て無効分
電力qLが得られる。そして、有効分電力pLはハイパスフ
ィルタ(18)によりその基本波成分が除去されて後述す
る指令値の基となる有効分電力pとなる。無効分電力
qLはそのまま無効分電力qとなる。なお、ハイパスフ
ィルタ(18)の前段に挿入された減算回路(19)は、コ
ンデンサ(8)の電圧vcdをその指令値vcd*に保つた
め、減算回路(20)および時定数回路(21)を経たその
変動量と有効分電力pLとの差動をとるものである。
乗算回路(22)ないし(27)、減算回路(28)(2
9)、加算回路(30)(31)および減算回路(32)は、
有効分電力pおよび無効分電力qに対応するα相電
流icd*およびβ相電流i cβを求める演算回路で、こ
のようにして得られた電流i cα,i cβは直交−3
相変換回路(33)により逆変換され、補償電流指令値i
ca*,icb*,icc*として出力される。これら出力電流は、
ハイパスフィルタ(18)により、入力電流iLa,iLb,iLc
から有効分電力の基本波成分に相当する電流、即ち、上
記入力電流の基本波有効成分のみを除去したものである
から、補償電流演算回路(5)として出力すべき補償電
流指令値ic*の3相各相の値となる訳である。
以上の制御ブロックにおける演算を数式で整理すると
以下の通りとなる。
即ち、先ず、(1)(2)式により3相−直交交換を
行う。
次に、(3)式によって有効分電力pLおよび無効分電
力qLを求める。
ここで有効分電力pLはハイパスフィルタ(18)を経て
となり、無効分電力qLはそのままqとなる。そし
て、この新たな電力p,qから(4)(5)式を使っ
てα,β相電流i cα,i cβを求める。
最後に、次式により直交−3相変換を行って3相補償
電流指令値ica*,icb*,icc*を求める。
〔発明が解決しようとする課題〕 従来の補償電流演算回路は以上のように構成されてお
り、演算回路が複雑であるとともに、その演算過程のす
べてにおいて補償すべき高調波成分を扱うため、すべて
の演算装置に高速度、高精度の性能が要求され装置全体
として極めて高価となり信頼性も低下せざるを得ないと
いう問題点があった。
この発明は以上のような問題点を解消するためになさ
れたもので、高調波成分を含む演算過程が低減でき、演
算装置に要求される性能を軽減することにより装置とし
ての経済性と信頼性を向上することができる補償電流演
算回路を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段および作用〕
この発明に係る補償電流演算回路は、入力電流と入力
電圧とから有効分電力の総和と入力電圧の絶対値とを演
算し、上記有効分電力の直流成分を上記入力電圧絶対値
で除した直流有効分電流を出力する第1の演算回路、上
記入力電圧の基本波成分と同相で一定の単位波高値を有
する基本波単位信号を出力する第2の演算回路、上記直
流有効分電流と基本波単位信号との乗算を行う乗算回
路、および上記入力電流から上記乗算回路の出力信号を
減算して補償電流として出力する減算回路を備えたもの
である。
この場合、直流有効分電流が出力された以降の過程は
基本波周波数を扱う演算であり、その分演算装置に要求
される性能が軽減される。
また、零相分が存在しない3相回路の場合、ブロンデ
ルの定理を利用して入力電流と入力電圧とを直接乗算す
ることにより有効分電力の総和を簡便に得ることができ
る。
〔実 施 例〕
第1図はこの発明の一実施例による補償電流演算回路
を示す制御ブロック図である。なお、この実施例は最も
一般的なケースである零相分が零である3相回路に適用
した場合を扱っており、求めるべき補償電流は3相のう
ちa相とc相とのみを演算している。
図において、iLa,iLcは入力電流としてのa相,c相の
負荷電流(瞬時値)、eab,ebc,ecaは入力電圧としての
3相の負荷電圧(瞬時値)で、各相間電圧である。(3
4)(35)は乗算回路、(36)は減算回路で、これら演
算回路により(6)式の演算を行い有効分電力pLを求め
る。
pL=iLa・eab−iLc・ebc ……(6) これはブロンデルの定理を応用した二電力計法を瞬時
化したもので、従来の第3図における有効分電力pLと一
致する。(37)は各相入力電圧eab,ebc,ecaの絶対値の
平均eabsを求める絶対値回路、(38)は減算回路(3
6)からの有効分電力pLを絶対値回路(37)からの絶対
値電圧eabsで除して有効分電流ipを出力する除算回
路、(39)は有効分電流ipから高調波成分を除去して
直流有効分電流▲▼を出力するローパスフィルタ
で、(34)ないし(39)により第1の演算回路(40)を
構成する。なお、(19)ないし(21)は従来と同一のも
ので説明を省略する。
(41)は相間入力電圧eab,ebc,ecaから各相入力電圧
ea,ecを求め、それらの基本波と同相で一定の単位波高
値を有する基本波単位信号φa,φcを出力する第2の演
算回路、(42)および(43)は乗算回路で、ローパスフ
ィルタ(39)からの直流有効分電流▲▼とそれぞれ
基本波単位信号φaおよびφcとの乗算を行う。乗算結
果は更に基本波のみを通過させるバンドパスフィルタ
(44)(45)を経て取出されるが、その出力は入力電流
(負荷電流)に含まれる3相対称の基本波有効電流ipa
およびipcに相当する。従って、減算回路(46)(47)
により、入力電流iLa,iLcから基本波有効電流ipa,ipc
を減算することにより、補償電流演算回路として求める
べき補償電流としての補償電流指令値ica*およびicc*
が得られる。勿論、b相の指令値icb*は icb*=−(ica*+icc*) ……(7) として演算により求められる。
この実施例では、有効分電力pLを求めるまでの演算過
程および最終段の減算回路(46)(47)は、高調波成分
を扱うための高速度の演算装置が必要となるが、他の演
算過程は基本波成分ないしは直流分を扱うのでそれらの
演算装置には高い高速性能は要求されない。従って、装
置全体として価格を低減することができ信頼性も向上す
る。
また、有効分電力pLの演算もブロンデルの定理を応用
した簡便な方式を採用しているので、この部分の演算装
置の構成もその分簡単となりかつ精度、信頼性も向上す
る。
なお、上記実施例における第1の演算回路(41)では
除算回路(38)の後段にローパスフィルタ(39)を設け
たが、これを逆にしてもよい。また、ローパスフィルタ
(39)により有効分電流ipの脈動分を十分低いレベル
にまで抑えることができればバンドパスフィルタ(44)
(45)は省略してもよい。
また、上記実施例では有効分電力pLをブロンデルの定
理を応用した(6)式で演算する方式としたが、必ずし
もこの演算方式に限られる訳ではない。
更に、この発明は零相分が零となる3相回路に限らず
更に一般的な3相回路や単相等の回路にも同様に適用す
ることができ同等の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明では、所定の第1および第2
の演算回路、乗算回路および減算回路を備え、入力電流
と入力電圧を直接乗算して求めた有効分電力からその直
流分を抽出し、更にこの直流分と基本波単位信号とから
基本波有効電流を演算、これを直接入力電流から減算し
て補償電流を得るようにしたので、高調波成分を扱う演
算過程が低減し、全体として演算装置に要求される高速
性能が緩和され、装置全体の経済性、信頼性が向上す
る。また、ブロンデルの定理を利用して有効分電力を求
めるようにすれば、この部分の演算装置が簡便となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による補償電流演算回路を
示す制御ブロック図、第2図はアクティブフィルタ装置
の全体構成を示す制御ブロック図、第3図は従来の補償
電流演算回路を示す制御ブロック図である。 図において、(5)は補償電流演算回路、(37)は絶対
値回路、(38)は除算回路、(39)はローパスフィル
タ、(40)は第1の演算回路、(41)は第2の演算回
路、(42)(43)は乗算回路、(46)(47)は減算回
路、iLa等は入力電流、eabは入力電圧、pLは有効分電
力、▲▼は直流有効分電流、eabsは入力電圧絶対
値、φa等は基本波単位信号、ipa等は基本波有効電
流、ica*等は補償電流としての補償電流指令値であ
る。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−9414(JP,A) 特開 昭55−157932(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02J 3/00 - 5/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流の電流および電圧を入力し、上記入力
    電流から、上記入力電圧の基本波成分と同相の基本波有
    効成分のみを除去した補償電流を出力するものにおい
    て、 上記入力電流と入力電圧とから有効分電力の総和と入力
    電圧の絶対値とを演算し、上記有効分電力の直流成分を
    上記入力電圧絶対値で除した直流有効分電流を出力する
    第1の演算回路、上記入力電圧の基本波成分と同相で一
    定の単位波高値を有する基本波単位信号を出力する第2
    の演算回路、上記直流有効分電流と基本波単位信号との
    乗算を行う乗算回路、および上記入力電流から上記乗算
    回路の出力信号を減算して上記補償電流として出力する
    減算回路を備えたことを特徴とする補償電流演算回路。
  2. 【請求項2】入力電流および入力電圧が、それら各零相
    分が零である3相の信号である場合、第1の演算回路
    は、ブロンデルの定理を利用して上記入力電流および入
    力電圧を直接乗算して有効分電力の総和を演算するもの
    であることを特徴とする請求項1記載の補償電流演算回
    路。
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